Mesure puissance pédalage

Suivant l'idée de "téléphérique sur chaine" émise initialement par cebd, j'ai fait un proto de mesureur de puissance de pédalage pour vélo.
Un capteur de pesée (20kg max) mesure la force que la chaine exerce sur une roulette qui impose une petite déformation de la chaine par rapport à la ligne droite. J'ai une remonté d'environ 5mm pour 80 d'espace entre roulettes (de chaque coté), qui correspond à mesurer une force environ 8 fois moindre que la tension de chaine. Une petite électronique (PIC16F628) perso renvoi les mesures de force et de vitesse de rotation, entre 1 et 10x par seconde, en bluetooth (BTBee) vers un PC ou un smartphone, pour enregistrement.


J'ai fait un petit banc de test pour calibrer la mesure:


J'ai été jusque 25kg de tension chaine, c'est assez linéaire, difficile d'aller au dessus.
Mais il y a un soucis: selon la position des pignons, les maillons montent plus ou moins, et on sent clairement plusieurs points d'équilibre stable. Selon le point choisi, le rapport entre tension chaine et force mesurée varie de près de 10%. Ce n'est pas trop un soucis quand on pédale, car les maillons passent suffisament vite pour que l'on moyenne, même sur 0.1seconde, mais ça rend imprécis l'étalonage (il faudrait le faire pour toutes les positions possibles des pignons, en tournant très régulièrement par petit angle).

Mon vélo peut être utilisé en générateur, en utilisant le freinage régénératif et en soulevant la roue arrière. Cela permet ici de tester en mesurant la puissance reçue au moteur (que j'enregistre aussi, via bluetooth, mais dont la mesure n'est pas hyper précise, et il faut aussi tenir compte des rendements pour comparer).

A 10x par seconde, on voit bien la variation de puissance au fil du pédalage (la tension de chaine ne s'annule pas aux points morts, mais reste aux environs du tiers de la tension maxi)

Les variations rapides des watts moteurs ne correspondent pas à celles du pédallage, car la vitesse de rotation de la roue varie, dont une partie de la puissance transmise est stockée/destockée dans l'inertie de la roue. J'ai ajouté récemment une mesure plus précise de la vitesse de chaine, il faudrait que je regarde si c'est cohérent.

Je n'ai pas bcp plus de temps à consacrer à cette idée, si ça intéresse quelqu'un, de préférence proche Drôme, je peux lui prêter pour au moins quelques mois.

superbe réalisation... mais qu'emploie-tu comme capteur ? (je suppose qu'il te donne une tension continue proportionnelle a la force).
la roulette centrale est immobile ou non (je parle sur le plan vertical, bien entendu) ?
Ca fait longtemps que je me demandais si c'était possible de mesurer quelque chose sur ces roulettes (il y en a quelques une disponibles sur le waw).

Je m'étais, aussi, demandé si le déplacement d'un tendeur de chaine (monté sur le brin traction, évidemment) ne donnerait pas une mesure équivalente (c'est basé sur le même principe)

Pour la vitesse de la chaine, j'avais pensé a de l'optique (espace entre maillons) mais la chaine doit rester propre.
je pense, maintenant, a mesurer au niveau des dents du pédalier qui sont, en général, plus propre. (peut-être même capteurs a effet hall si pédalier pas en alu)

Richard

richardel a écrit:

.....Ca fait longtemps que je me demandais si c'était possible de mesurer quelque chose sur ces roulettes....

Bonsoir,
C'est effectivement l'idée de départ du 22 oct 2017.Elle convient particulièrement aux VM d'autant plus qu'il ont plus de roulettes qui n'attendent qu'à recevoir des jauges de contraintes....
Avec les avantages et les inconvénients qui en découlent.
C'est pour rendre la manip plus universelle qu'on est passé au "Téléphérique" au cas où on veuille l'essayer sur une chaîne quelconque.
Félicitations à l'artiste qui maitrise les "PICS"
...
La vitesse de la chaîne devrait être accessible dans le signal par la fréquence parasite des maillons.

Le capteur de force est un ensemble à jauge de contrainte prévu pour des balances électroniques. C'est précis et pas ruineux, l'électronique d'amplification est incluse dans le lot ci-dessous, et on récupère l'info sous forme numérique (protocole spécifique au composant HX711 mais relativement simple, je peux passer le code pour le PIC que j'utilise, il existe des librairies pour Arduino sur internet)
https://fr.aliexpress.com/item/New-Arrival-Electric-20kg-Silver-White-Aluminum-Alloy-Scale-High-Precision-Weighing-Sensor-Load-Cell-HX711/32772679876.html
Pour la vitesse, il y a 3 aimants sur la première roulette (cylindres brillants visibles dans ma dernière image), et un ILS - j'aurais du mettre un capteur à effet hall, ce qui m'aurait évité de gérer les rebonds mécaniques des ILS.
Dans la pratique, le déplacement vertical de la roulette est infime, c'est une légère déformation du bloc alu qui est mesurée.

Il me semble plus difficile de mesurer précisément le déplacement d'un tandeur de chaine, car tu auras des frottements mécaniques, et donc un hystérésys. Avec les jauges de contraintes et une bonne électronique, tu peux mesurer facilement des forces sur une dynamique très élevée (quelques grammes à quelques dizaines de kg).

Je réfléchis aussi à un capteur entièrement optique, avec 2 fourches infrarouges distantes d'environ 200mm, et obturées par les rouleaux de chaine. L'idée est de mesurer l'allongement de la chaine (déformation sous la contrainte, si si) qui introduit un tout petit temps d'écart entre les obturations des 2 fourches. Mesurer des écarts de temps est facile jusqu'aux dizaines de nanosecondes, ce qui permet d'estimer des allongements de quelques ppm sachant que les obturations ont lieu chaque 10ms (à environ 1m/s de vitesse chaine).. En gros, le pourcentage d'écart de temps par rapport au passage prévu de l'obturation correspond au pourcentage d'allongement de la chaine. Tout ça étant à calibrer. (et à vérifier, car je n'ai jamais vu faire ça. En revanche, j'ai déjà mesuré des couples sur des arbres aciers balaizes (et en rotation) où personne n'aurait imaginé qu'à quelques centimètres d'écart, des capteurs optiques aient pu détecté le moindre déphasage)
Mais trop de projets en ce moment..

Ah, ok c'est des jauges de contraintes. ca explique que c'est basé sur une force et non un déplacement.
(En regardant mieux les courbes, je vois le mot "jauge" donc, j'aurais du m'en douter ).

Ces jauges m'ont toujours fait un peu peur car les tensions développées sont très faibles. Maintenant, avec l'électronique associée (et une sortie numérique par dessus le marché), ca simplifie fortement la mesure. Soyons clair, c'est pas pour diminuer votre travail (loin de là) mais ca permet de se concentrer sur d'autres problèmes.
Un grand merci pour le lien, je crois bien que je vais passer commande.
je viens de survoler le pdf du HX711 et ca semble, en effet, assez simple. Dommage qu'ils n'ont pas pris un protocole standard (i2c ou ICSP) mais bon, c'est un détail.
je vais jeter un oeil aux librairies arduino (je suis plus atmel que pic bien que je suis conscient qu'ils ont fameusement évolué depuis leurs premiers processeurs).

J'avais pas vu les aimants... donc P.A.S. intégré, en plus .

L'idée de la mesure de l'allongement de la chaine est intéressante et ca simplifierait la mécanique.
Par contre, il ne faut pas oublier que la crasse peut interférer (attention en VTT) et que l'usure de la chaine se traduit, aussi, par un allongement.
Il faudra, peut-être, permettre une calibration avec un rétropédalage ?

En tout cas, je me répète, très beau travail et je suivrais volontier votre évolution sur ce post.

Amitiés et bon courage
Richard

PS: petite suggestion, au vu des graphiques, ne vaudrait-il pas mieux intégrer le signal pour ne mesurer que les pointes ? (si on a pas besoin d'une mesure ponctuelle, bien sur).

Je n'ai jamais été grand fan des jauges non plus: difficiles à installer proprement, faible signal, calibration requise, influence possible de contraintes dans d'autres directions, relativement cher ..
Mais bon, là tout prêt sur un bout d'alu, avec l'ampli et sortie numérique, c'est autre chose..

Pour la version allongement de chaine, en effet il faudra par trop de crasse et un rétropédalage de calibration. Peut-être sera-t-il même nécessaire d'enregistrer les variations de longueur entre chaque maillon, pour avoir une mesure plus précise à chaque passage de maillon. Ca ne semble pas infaisable de stocker quelques centaines de longueurs, et de trouver automatiquement le nombre de maillons de la chaine (période au delà de laquelle le profil des variations de longueurs se répète).
Si quelqu'un dispose d'une chaine longue, d'un moyen de la bloquer d'un coté, et de tirer de l'autre assez fort pour mesurer un déplacement, je suis preneur de résultats. J'ai fait ça en bloquant ma roue arrière, et avec 1.2m de chaine environ, j'ai de l'ordre de 3-4mm de variation de longueur (par rapport à mon tube de chaine qui est fixe) au niveau du pédalier selon ma poussée.. Mon tube de chaine n'étant pas parfaitement linéaire, ça tend cependant à augmenter l'allongement observé.

Pour ce qui est de la rapidité de mesure, j'aime bien l'idée de voir la puissance au cours des cycles de pédalage (variation droite/gauche) et même durant chaque demi-tour. Je suis assez surpris de voir que la puissance mini mesurée avec le téléphérique est d'un tiers de celle maxi, alors que je m'attendais à ce qu'elle tombe à près de zéro. Probablement mes pieds accompagnent la roration du pédalier de manière à fluidifier une traction plus continue ? Je ne pense pas qu'il s'agisse d'une erreur de mesure, car la réaction de la jauge est très rapide.

C'est vrai que cet ensemble résout pas mal de problèmes.

Pour l'allongement de la chaine, je ne suis pas sûr qu'il faille aller jusqu'a mémoriser chaque maillon.
je pense même qu'intégrer sur un certain nombre apporterait une mesure lissée intéressante (ce qui compte, c'est surtout la puissance moyenne développée).
je vois mal un moteur adapter sa puissance a chaque maillon (mais tout dépend de ce qu'on recherche).
Dans le cas d'un waw, qui demande 3 chaines classiques, ca fait quand même 144*3=432 maillons a mémoriser.

Du coté d'une longue chaine, j'en ai une (en fait 3 chaines avec maillons rapides) en prévision d'un futur remplacement (Faut ca pour le Waw).
La chaine est toute nouvelle et non montée.
suffirait de trouver un moyen de la fixer solidement (pas de flexion du support), de tirer (j'ai un peson) et de mesurer l'allongement (là, a part un mètre roulant, j'ai pas grand chose).
C'est une sram pc991 (réputée pour être costaud).
l'idéal serait de la mettre verticalement et y suspendre un poids mesuré par le peson (mais ca ferait près de 5.5m de haut... difficile de trouver).
Encore faudrait-il trouver un encrage qui ne se déforme pas (pour ne pas fausser la mesure) et qui peut "entrer" dans la chaine.
Avoir un mètre roulant assez grand serait aussi une bonne idée

Par contre, ici en Belgique, les températures sont proches du zéro et je ne suis pas très "chaud" a faire ces mesures dans mon garage ou en extérieur, pour le moment.

Bon matin,
Pour l'étirement de la chaîne, les codeurs sinus, de rotation, permettent des mesures au 10ième de micron.
Pour une expérimentation ils pourraient être montés sur une roulette ,et sur les VM profiter des 2 roulettes habituelles.
La vitesse de la chaîne serait gratuite.

Ca pourrait être une bonne idée...
je connais ces codeurs mais je n'ai jamais eu l'occasion d'approfondir (et, ca semble avoir bien évolué avec le temps).
En fait, c'est surtout leur forme digitale que j'ai utilisé (système optique et roue "a trous" utilisés dans certains boutons rotatifs)

Maintenant, une question me vient a l'esprit :
Comment la roulette va-t-elle réagir a un allongement de chaine ? ne va-t-elle pas réagir comme sur une chaine non allongée puis, lorsque la dent quitte le maillon, la dent suivante va brutalement se recentrer mettant en péril la mesure ? (j'émets des hypothèses en sachant que je suis plus a l'aise en électronique qu'en mécanique).

Pour ma part, après réflexion et avec le système que j'ai, je ne saurais pas profiter d'une roulette existante.
C'est un moteur pédalier et toutes les roulettes sont sur la grande chaine donc, celle-ci, assure la traction totale (pédalier ET moteur).
Du coup, ton idée de "téléphérique" (sur la petite chaine) refait surface.

Bon soir,
Avec des codeurs sinus on obtient la différence de phase des 2 roulettes et le double verrouillage de phase est inutile.(pour la vitesse de la chaîne il est plus simple)
Les roulettes auront des décalages par rapport à la chaîne énormes à côté de la précison disponible sur les roues codeuses.GROS problème...
Le film dhuile dans les articulation va également poser des problèmes.
La corde vibrante va aussi apporter ses imprécisions,,, quoique filtrables....
Un bon sujet scolaire...

Je n'ai jamais trop utilisé les codeurs sinus (à part les AMT103, pas précis mais pratiques). Les 10ième de micron, c'est selon le diamètre non ? As-tu des références de codeurs sinus (bon marché) ? Pour comparer, les fourches optiques avec 10mm d'ouverture se trouvent à quelques euros pièce..
Sinon, j'ai observé que dans la version téléphériques, les roulettes vibrent joyeusement, peut-être aussi du fait des efforts. Je me pose la question de la précision des codeurs en présence de vibrations..
Pour le film d'huile, je l'imagine bien écrabouillé quand on a quelques centaines de Newton de traction dans la chaine, répartis sur quelque 10 mm², ça fait vite des 10aines de MPa (100aines de bars).. je n'avais jamais pensé à une chaine de cette manière auparavent, et je comprends mieux qu'il puisse y avoir de l'usure quand on utilise des petits pignons notamment, et que les angles de rotation des maillons les uns par rapport aux autres sont importants.
La question me semble surtout de connaitre l'ordre de grandeur de l'extension à mesurer (j'espère au moins 0.2% pour 1000N), et de la linéarité, en particulier pour les forces modérées (100-200N), qui conduisent à 100-200W pour une chaine à 1m/s.

Pour ce qui est de mémoriser 432 maillons, ben avec les microcontroleurs actuels, c'est pas vraimment un soucis. Je suis étonné que vous ne semblez pas intéressés par étudier les variations de puissance au cours du cycle de pédalage (éventuellement moyenné sur plusieurs cycles, puis comparé à d'autres en changeant un peu de position de pédalage par exemple pour en mesurer l'impact, allez, et le poul tant qu'on y est).

Bonsoir,
j'en ai utilisé plusieurs modèles .il me semble que chez HP le 2000 points était bon marché:
https://fr.rs-online.com/web/p/codeurs-rotatifs/1712108/
...
l'allongement est de 1/1000 pour 200N pour une section de 1mm² dans les flasques des maillons ...visible aprés filtrage ...
Les jeux des roulettes posent de vrais problèmes.y a des manips mécaniques à prévoir pour les traiter...
...
La loi du couple au cours du tour de pédalier ne devrait pas consommer de bande si on l'identifie à basse fréquence...pas plus compliqué que l'identification des maillons...

Il me semble que ces modèles HP sont des codeurs optiques, d'ailleur, j'en ai même des similaires en stock (OMRON E6B2) à 2000 pulses/tour.
Avec 2000 points par tour, et 11 dents de 12.7mm sur la roulette, ça fait une résolution de 70um...bof
Par contre, je peux faire ce que je voulais faire avec mes fourches optiques, c'est à dire mesurer le déphasage entre les pulses du codeur de la première roulette et du codeur de la seconde.
En gros, à 1m/s de chaine, 7 tr/s de roulette, 14000Hz des pulses, si je mesure à 100ns près, je mesure le 714ième de pulse, donc 0.1um - qui devrait suffire. Et je peux moyenner 1000 mesures pour avoir encore des données à 14Hz..

En fait, je crains que la section ne soit bien plus que 1mm² dans les flasques des maillons, donc moins d'allongement.. A voir.

"consommer de la bande" ? je n'ai pas du tout l'habitude des traitements analogiques. Je préfère tout enregistrer en numérique, puis traiter sur PC. Par exemple ici, moyenner ensemble les échantillons suivants pour avoir le profil sur un tour moyen de pédalier:
.1, n+1, 2n+1, 3n+1..
.2, n+2, 2n+2, 3n+2..
..
.n-1,2n-1...
(n étant le nbre de dents du pédalier)
Mais ça revient peut-être à peu près au même.

Bonsoir,
""""avec 2000 points par tour,""""
Ils existent en double sortie sinusoïdales orthogonales.c'est alors que la résolution est importante.
...
PS: Même en utilisant les transitions par datation avec "vernier temporel" on peut résoudre la fraction de la raie du codeur ( en perdant un peu de bande , mais il y a du rab...)

cebd a écrit:

Bonsoir,
PS: Même en utilisant les transitions par datation avec "vernier temporel" on peut résoudre la fraction de la raie du codeur ( en perdant un peu de bande , mais il y a du rab...)

Sujet très intéressant !
Mais attention : la charte d'utilisation du forum précise :
- merci de faire un effort sur la grammaire et l'orthographe.
Il était sous entendu : en FRANCAIS !  
Et les modos roupillent, comme dab !

Pas tous, malgré les révisions tardives nécessaire pour continuer à décoder ce fil